determinazione dell`entalpia di evaporazione di un liquido puro

LABORATORIO DI CHIMICA FISICA I. Dr Ester Chiessi
DETERMINAZIONE DELL’ENTALPIA DI EVAPORAZIONE DI UN
LIQUIDO PURO
Durante questa esperienza di laboratorio si misura la tensione di vapore di un liquido
puro (p) al variare della temperatura (T), in un intervallo di temperatura che va dalla
temperatura ambiente alla temperatura standard di ebollizione (T0vap) del liquido.
Viene quindi così determinata una serie di punti (p,T) sulla curva limite interfase
Liquido-Vapore nel diagramma di fase del composto in esame, per pressioni inferiori
alla pressione atmosferica.
Da questi dati è possibile ricavare il valore dell’entalpia di evaporazione del liquido
p
riportando in grafico ln( p ) in funzione dell’inverso della temperatura assoluta, in
0
accordo con la forma integrata dell’equazione di Clausius Clapeyron:
∆ H vap
 p 
 = −
ln
R
 p0 
dove p0=1 atm.
1
 − 1
 T T0
vap





Parte sperimentale
L’esperienza si svolge mediante l’apparato mostrato in Figura 1.
P
|h0h|
R
L
M
Figura 1.
Mediante una pompa a membrana (P) si porta la pressione interna al recipiente
indicato con R (che funziona da ‘serbatoio di pressione’) ad un valore di circa 50
mmHg. Il liquido in esame (L), contenuto in un pallone, viene riscaldato mediante un
mantello riscaldante (M) fino a raggiungere il valore della temperatura di ebollizione
corrispondente al valore di pressione applicato. La temperatura di ebollizione (T)
viene letta dal termometro a mercurio posto all’interno del collo del pallone, quando i
vapori del composto condensano sul bulbo del termometro ed il valore di temperatura
si mantiene costante. Il valore di pressione (p, in mmHg) si ottiene dalla differenza
(in mm) tra l’altezza della colonnina di mercurio di riferimento (h0) e quella in
contatto barometrico con il pallone (h), essendo p=|h0-h|. La determinazione della
successiva coppia (p,T) si esegue aumentando la pressione in R facendo entrare un
po’ di aria, attendendo che il liquido si scaldi fino a raggiungere il nuovo valore della
temperatura di ebollizione e registrando i corrispondenti valori di h0, h e T. Questo
procedimento va ripetuto iterativamente e l’ultimo valore di temperatura di
ebollizione da determinare è quello a pressione atmosferica (p0).
Elaborazione risultati
Riportando in grafico p in funzione di T, si costruisca un ramo del diagramma di stato
per il composto in esame, come mostrato in Figura 2 con i dati ottenuti per l’esano.
800
700
p(mmHg)
600
Liquido
500
400
Vapore
300
200
100
20
30
40
50
T(°C)
60
70
Figura 2. Curva limite interfase Liquido-Vapore per l’esano a p ≤1 atm.
p
Si riporti in grafico ln( p ) in funzione di 1/T. Dal coefficiente angolare della retta di
0
regressione di determini il valore dell’entalpia di evaporazione con il corrispondente
errore.
0
y
1 + m 2 *
V a l u eE r r o
m 1
1 2 . 3 05 8. 1 8 8
m 2
- 4 2 2 2 6 . 90 . 2 9
C h i 0s q . 0 0 9 4 1 0N 6 A
R
0 . 9 9 8 7 8N A
m
m
r
0
6 6
2
0
ln(p/p )
-0.5
=
-1
-1.5
-2
0.0029
0.003
0.0031 0.0032 0.0033 0.0034
-1
1/T(K )
Figura 3. Determinazione dell’entalpia di evaporazione dell’esano mediante i dati di Figura 2.
Come esempio, per l’esano (vedi Figura 3) si ottiene un valore di ∆Hvap pari a 35.1 ±
0.5 kJ/mol, in buon accordo con il valore di 31.9 kJ/mol riportato in letteratura.
Si calcoli il valore dell’entropia di evaporazione alla temperatura standard di
evaporazione, secondo la:
∆ S vap =
∆ H vap
0
Tvap
Come esempio, per l’esano si ottiene valore di ∆Svap pari a 102 ± 1 J K-1 mol-1.
Roma, 9/4/2010